한국건설기술연구원(원장 조용주)은 최근 구조물의 대형화와 복합화 경향에 따라 신뢰성 기반의 경제적, 합리적 설계가 가능할 뿐만 아니라 국제표준 규격에 부합하는 선진 설계기준을 만족 시킬 수 있는 국제표준 신뢰성 기반 기초 하중저항계수 설계법을 개발했다고 2008년 12월23일 밝혔다.

구조물에 작용 저항력 정량적으로 평가
국내에서 현재 지반 기초구조물 설계 시 적용되고 있는 허용응력 설계법은 구조물의 하중과 지반의 불확실성 및 편차를 전혀 고려치 못하고 서로 천차만별인 파괴확률을 가지고 있는 구조물에 대해서 획일적이고 주관적인 임의의 값의 안전율(safety factor)을 적용함으로써 비경제적 과다설계가 빈번히 발생해 왔다. 이를 개선하고자 신뢰성 분석을 통해 구조물에 작용하는 다양한 하중조건과 지반-기초의 저항력에 관련된 불확실성을 정량적으로 평가해 각 구조물별 파괴확률 및 요구되는 안전성에 적합한 설계가 가능토록했다.

구조물 설계와 관련해 이러한 신뢰성 분석을 기반으로 한 설계법이 북미와 유럽을 중심으로 이미 도입돼 하중저항계수설계법(LRFD, Load and Resistance Factor Design)과 유로코드(Eurocode)로 그 기준이 정비됐으며, 국제표준화기구(ISO)의 건설관련 설계표준(ISO 2394) 역시 신뢰성 기반 설계법(구조물 신뢰성에 관한 일반 원리, General Principles on Reliability for Structures)을 채택했다. 미국의 경우 지난 2007년 10월 이후 교량 설계시LRFD의 사용이 의무화됐으며 국제기술의 표준화작업이 급속도로 이뤄지고 있는 상황을 고려해 볼 때 신뢰성 기반 설계법으로의 변화는 필연적이다.

곽기석 박사·김명모 교수팀 공동연구
한국건설기술연구원 곽기석 박사팀은 서울대학교 김명모 교수팀과의 공동연구를 통해 국내 지반 기초구조물의 불확실성을 적용해 엄격한 신뢰성 평가를 바탕으로 국내 지반특성 및 기초구조물 설계·시공 특성을 반영한 기초구조물 저항계수를 국내 최초로 도출했고 이를 바탕으로LRFD을 개발했다. 개발된 기초구조물의 저항계수 및LRFD는 2008년 개정된 구조물기초설계기준 및 도로교설계기준 해설편에 신규 제정돼 기초의 안정성을 향상시킴은 물론 경제적이고 합리적인 기초구조물 설계가 가능토록됐다.

구조물기초설계기준에서는 기초의 설계방법에서 허용응력법과 함께 한계상태법을 적용할 수 있도록 했고 한계상태법에서LRFD을 적용할 수 있도록 신규, 제정했다. 도로교설계기준 해설편에서는 제5장 하부구조편에 기초 구조물별 목표신뢰도지수와 그에 따른 저항계수를 상세히 설명함으로써 각 기초구조물별 중요도, 하중조건, 지반 정보의 신뢰성 및 요구 안정성에 적합한 최적 설계가 가능토록 자세히 기술했다.

이는 향후 글로벌 경쟁시대의 국제건설 환경에서 ISO 규격에 부합하는 세계적 수준의 합리적이고 선진화된 설계기준의 기본 토대가 될 것으로 전망된다. 이를 통해 국내 건설산업의 경쟁력 확보는 물론 국내건설자원의 효율적 사용 및 지반 기초구조물의 품질향상에도 크게 기여할 것으로 기대된다.

< 재난포커스 - 윤성규 기자  sky@di-focus.com >